天然氣液化設備一、壓縮機壓縮機在自然?氣液扮裝置中，主要用于增壓和氣體輸送。對于逐級式液扮裝置，還有不同溫區的制冷壓縮機，是自然?氣液化流程中的關鍵設備之一。自然?氣液化采納的壓縮機，主要有往復式。離心式和軸流式壓縮機。往復式壓縮機通常用于自然?氣處理量比較小(100m3/min以下)的液扮裝置。軸流式壓縮機組從20世紀80年月開頭用于自然?氣液扮裝置，主要用于混合冷劑制冷循環裝置。離心式壓縮機早已在液扮裝置中廣為采納，主要用于大型液扮裝置。大型離心式壓縮機的功率可高達41000kW。大型離心式壓縮機的驅動方式除了電力驅動外，還有汽輪機和燃氣輪機兩種驅動方式。各種壓縮機的適用范匿見圖3

-17所示。一般來說，往復式壓縮機適用于低排量、高壓比的狀況，離心式壓縮機適用于大排量、低壓比的狀況。<imgborder=“0”src=“/UploadFiles/201200/20132/Manage/201302271414436160.jpg”width=“450”/

目前正在進展中的橇裝式小型自然?氣液扮裝置，則采納小體積的螺桿式壓縮機：并可用燃氣發動機驅動。用于自然?氣液扮裝置的壓縮機，應充分考慮到所壓縮的氣體是易燃、易爆的危急介質，要求壓縮機的軸封具有良好的氣密性，電氣設施和驅動電動機具有防爆裝置。對于深低溫的制冷壓縮機，還應充分考慮低溫對壓縮機構件材料的影響，由于許多材料在低溫下會失去韌性，發生冷脆損壞。另外，假如壓縮機進氣溫度很低，潤滑油也會凍結而無法正常工作，此時應選擇無油潤滑的壓縮機。(一)往復式壓縮機往復式壓縮機的壓比通常是3:1或4:1。壓縮機每級增壓一般不超過7MPa。小型壓縮機最高出口壓力一般不超過40MPa，流量范圍為0.3～85m3/min。往復式壓縮機的結構形式分為立式和臥式兩種。臥式壓縮機的排量一般比立式壓縮機大。大排量的往復式壓縮機設計成臥式結構，可以使運轉平穩，安裝便利。立式結構的往復式壓縮機，活塞環的單邊磨損小。往復式壓縮機的轉速比較低，一般為125～514r/min，綜合絕熱效率為0.75～0.85。由于往復式壓縮機具有效率高、壓力范圍寬、流量調整便利等特點在自然?氣工業中應用廣泛。其缺點是結構比較簡單，體積大，吸排氣閥易磨損，零部件更換多，修理工作量大。新型的往復式壓縮機可轉變活塞行程。通過轉變活塞行程，使壓縮機既可適應滿負荷狀態運行，也可適應部分負荷狀態下運行，削減動力消耗，提高液化系統的經濟性，使運轉平穩、磨損削減。不僅提高設備的牢靠性，也相應延長了壓縮機的使用壽命。這種往復壓縮機的使用壽命可達二十年以上。新型的往復壓縮機以效率、牢靠性和可維性作為設計重點，效率超過95%。(二)離心式壓縮機離心式壓縮機轉速高、排量大、體積小，是大型自然?氣液扮裝置中的氣體增壓設備。流線型設計的葉輪具有很高的精度，能確保氣體流道的平滑，使設備運轉平穩。提高了設備的牢靠性。空氣動力特性的彈性設計，使動力學特性可以調整，使之適合用戶的工作要求。效率可以到80%～90%。離心式壓縮機適用于吸氣量14～5660m3/min的狀況，每級的最高壓力受出口溫度的限制(205～232℃)。為了提高壓比，離心式壓縮機做成多級葉輪，最多達6～8級，每級壓比在1.1～1.5之間，小型離心式壓縮機最高出口壓力可達68MPa，大型機一般只能達到17～20MPa。單級壓縮機用于壓比較小的場合，如LNG蒸發氣體的處理系統，也就是蒸發氣(BOG)壓縮機。離心壓縮機的殼體有整體型和分開型。整體型離心式壓縮機的殼體實際上是圓柱形的殼體，轉子安裝時是豎起來安裝的。分開型的殼體是水平剖分；上下兩半組合起來的，轉子安裝時可水平安裝，轉子安裝好后，將上半部分殼體再連接上。離心式壓縮機的特點是排量大，結構緊湊，摩擦部件少，運行平穩，無流量脈沖現象，操作敏捷，易于實現自動掌握，修理工作量大大低于往復式壓縮機。其缺點是效率較低，只能達到75%～78%，而且偏離工作點越遠，效率降得越多。當流量降到某一數值時會發生喘振現象。高效工作區范圍窄，相對往復式壓縮機來說調整較困難。離心壓縮機的主軸密封裝置是特別重要的部件，能防止被壓縮的氣體向外漏泄，或使漏泄的量掌握在允許的范圍內。軸封主要有三種形式：機械接觸密封、氣體密封和浮動炭環密封。機械接觸密封經過不斷的改進，能確保在運轉和停機期間肯定不漏。當壓縮機在空轉或油泵不工作時，密封結構在停機狀態也應不漏泄。對于用惰性氣體來作密封材料時，惰性氣體向內漏泄的可能性也應盡可能消退。密封的結構形式是可以變化的，取決于處理過程的要求。氣體密封結構采納干燥氣體作密封材料，密封結構能掌握密封氣體只允許漏泄到環境中，而不能向機內漏泄。密封用的氣體通常是一前一后地布置。氣體緩沖系統應具有性能良好過濾器，防止外來的物體進入密封裝置。在軸承盒和密封盒之間，有一個附加的隔離密封，防止潤滑油進入密封盒。浮動炭環密封主要用于排出壓力較低的壓縮機，允許有少量氣體漏泄。這種密封可以干式運轉。由于葉輪和擴壓器的標準化設計，壓縮機可以在很寬的范圍內工作。對不同的使用場合，需要對容量進行掌握，壓縮機的特性也會產生變化。容量掌握主要有四種方法：吸入口節流、排出口節流、調整進口導葉及轉變轉速。選擇何種掌握方法，需要依據裝置的運行要求和預備考慮的壓縮機運行點以及其他的運行點的效率認真選擇。壓縮機的排量可以通過調整進口導葉來實現，使壓縮機的工作范圍得到擴展，改進壓縮機在部分負載下的特性，調整進口導葉也可以和速度掌握結合起來。掌握方法需要依據裝置的運行要求，壓縮機在相關點及其他狀態點的效率認真地選擇。調整進口導葉擴展了壓縮機的運行范圍，對部分載荷時，能改善壓縮機的效率。正確選擇符合使用要求的壓縮機，需要考慮多方面的因素，包括要求的進口流量和排出壓力，依據壓力和流量的圖線，確定壓縮機的結構尺寸，然后依據縱坐標上的速度，求出名義工作速度。對于摩爾質量低的氣體，使用立式安裝型(筒式外殼)的壓縮機是比較合適的，由于筒裝式結構具有優異的密封性能，這種形式也可適用于工作壓力比較高的場合。二、換熱器在自然?氣液扮裝置中，無論是液化工藝過程或是液一氣轉換過程，都要使用各種不同的換熱器。在工藝流程中，常用繞管式和板翅式換熱器。大多數基本負荷型的液扮裝置都采納繞管式換熱器。板翅式換熱器則主要應用于調峰型的LNG裝置，但基本負荷型的LNG裝置中也有使用這種換熱器的狀況。這兩種換熱器在低溫液化和空氣分別裝置中，早已得到勝利的應用。繞管式換熱器的特點是效率較高，修理便利，假如有個別管道發生漏泄，在管板處將其堵住，設備仍舊可以使用，而且很適合于工作壓力很高的工作條件。板翅式換熱器的成本比較低，結構緊湊，應用也特別普遍。在LNG系統中，還有一類特地用于液態自然?氣轉變為氣態的換熱器，稱為氣化器。隨著使用的性質、加熱方式和氣化量規模等因素的不同，氣化器也有各種不同的形式。按加熱方式分，主要可以分為空氣加熱、海水加熱、燃燒加熱等形式。關于氣化器將在第六章中介紹。(一)繞管式換熱器繞管式或螺旋管式換熱器，在空分設備中有著廣泛的應用，在LNG工業進展的初期就已經廣泛使用了這種換熱器。大多數的LNG液扮裝置，是在空氣產品公司的混合制冷劑循環的基礎上進展起來的。混合制冷劑循環液化流程就是采納繞管式換熱器。在繞管式換熱器中，鋁管被繞成螺旋形，從一根芯軸或內管開頭繞，一層接一層，每一層的卷繞方向與前面一層相反。管路在殼體的頂部或底部連接到管板。高壓氣體在管內流淌，制冷劑在殼體內流淌。傳統的繞管式換熱器的換熱面積達9000～28000m2。繞管式換熱器的制造方式各有不同，纏繞時要拉緊，保證勻稱。管的端部插入管板的孔中，然后進行漲管。管板起到固定管子的作用，漲管起到密封的作用。在殼體內部，還需要設置一些擋板，減小一些流通面積，以增加流體的流速和擾動，提高傳熱效率。然后管束置于殼體內，殼體與管板焊接成一個封閉的容器。此后要進行壓力試驗，假如其中的任何一根管道有漏泄，可在管路的兩端堵死管口，防止高壓側流體串通到低壓側。堵管的方法在現場也可以應用。美國在建立某LNG裝置時，總共四個換熱器。共有77540根管路，有2根管路因漏泄采納堵的方法，使換熱器仍舊正常運行。由于在自然?氣液化流程中，換熱器中通常存在多股流體，每股流體可能還是氣液兩相混合的狀